[發明專利]一種雪崩光電探測器的放大設計電路

有效

• 申請號: 202011039567.1
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112165307B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 陳衛標;朱亞丹;張曉曦;臧華國;劉繼橋;竹孝鵬;楊巨鑫
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H03F1/26
• 分類號: H03F1/26;H03F1/32;H03F1/42;G01S7/4861
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種雪崩光電探測器的放大設計電路，該放大電路包括濾波器、固定放大器、放大器、隔直器。該放大電路采用先對信號濾波然后進行分通道模式放大的設計思路，解決了高速信號對放大器及隔直器的帶寬和壓擺率的要求，同時滿足了大動態范圍、高線性度和低輸出偏置的需求。本發明利用濾波器對雪崩光電探測器輸出信號進行濾波，在衰減信號的高頻成分的同時，不改變脈沖信號的積分量；利用分通道模式放大來實現信號動態范圍的增大，降低了對放大器線性區域的要求；利用隔直器消除脈沖信號的整體偏置，解決了不同環境下電路帶來的偏置對后續采集系統的要求，從而實現了設計簡單、噪聲低、大動態范圍、高線性度和低偏置的雪崩光電探測器放大電路。

技術領域

本發明屬于雪崩光電探測器放大設計電路領域，尤其涉及大動態范圍高線性度低偏置的雪崩光電探測器放大設計電路。

背景技術

由于人類的活動和工業的進展，全球氣候變暖并且伴隨著海平面上升。這些現象與溫室氣體的排放息息相關。其中，二氧化碳氣體是影響全球氣候變暖的主要氣體。星載二氧化碳濃度主動探測激光雷達能夠全天實時大范圍地探測大氣中的二氧化碳濃度，在追蹤碳源、研究碳循環等領域起到了十分重要的作用。目前，還沒有在軌運行的氣體濃度精確探測的星載激光雷達。對于測量高度的星載激光雷達的接收端電路，它們采用高速電路設計，且對線性度要求不嚴格。對于測量氣溶膠的星載激光雷達，它們對精度的要求在10％以內。然而對溫室氣體測量的精度要求比較高，誤差需要達到2‰以內。另外，由于大氣環境和地表反射率的變化，激光雷達探測到的信號波動范圍比較大，因此需要一種大動態范圍高線性度低偏置的雪崩光電探測器放大設計電路。目前，受限于能用于航天級別放大器和隔直器芯片類型，用于測距或是其他需求的電路設計，都不能同時達到高線性度、大動態范圍和低偏置的要求。該電路的設計方案提供了一種可以同時滿足高線性度、大動態范圍和低偏置要求的設計思路。且能用于該電路設計的航天級別放大器和隔直器芯片可選類型較多，因此可以根據其他需求選擇合適的芯片，如選擇噪聲低的芯片，可以提高激光雷達系統的信噪比。

大動態范圍和高線性度是大氣濃度探測激光雷達等領域的基本要求。特別對于航天級設計的放大電路，直接實現探測脈沖信號大動態范圍和高線性度是比較困難的。

發明內容

本發明的目的在于克服雪崩光電探測器放大電路中動態范圍低、線性度差的缺點，提供一種大動態范圍、高線性度、低偏置的雪崩光電探測器放大設計電路。該電路適用于雷達信號探測，可以實現高精度數值測量，同時滿足動態范圍和線性度的要求。

本發明的基本原理是基于濾波器的特性和分通道測量的機制。通過對輸入信號進行濾波來衰減信號高頻成分，同時不改變脈沖信號的積分量，降低了對放大器件帶寬和壓擺率的要求。同時，分通道測量機制通過高放大倍率通道測量弱信號和低放大倍率通道測量強信號的方式增加了放大電路的動態范圍。因此，本發明滿足了對放大電路的動態范圍和線性度的需求。

本發明技術解決方案如下：

一種大動態范圍高線性度低偏置的雪崩光電探測器放大設計電路，包括雪崩光電探測器輸出信號的匹配設計，濾波器，放大器1，隔直器1，信號輸出1，放大器2，放大器3，隔直器2，輸出信號2。上述元部件的位置關系如下：

所述的雪崩光電探測器輸出信號的匹配設計與所述的濾波器相連，濾波器輸出的信號分為兩路，一路經過所述的放大器1放大后通過所述的隔直器1消除偏置后，由所述的信號輸出1輸出；另一路經過所述的放大器2放大并經過所述的放大器3再次放大后通過所述的隔直器2消除偏置后，由所述的信號輸出2輸出。

本發明的有益效果在于：

1、本發明的雪崩光電探測器放大設計電路，在一個電路板上同時實現了動態范圍大于100倍、線性度到達99.98％以上和偏置輸出低于0.01mV三個功能，滿足了星載激光雷達信號探測的需求。